Общие понятия. Первое начало термодинамики

ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ.

Лекция 12

Дополнительная

Основная

1. Грабовский Р.И. Курс физики / Р. И. Грабовский.– СПб.; Издательство «Лань», 2002.-608 с.

2. Пронин В.П. Краткий курс физики / В.П. Пронин. –Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007 г. – 200 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: «Высшая школа». 2003 г. – 350с.

1 .Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. Учебное пособие/ С.-Петербург: Издательство «Лань», 2009г. 500экз.

2 .Рогачев Н.М. Курс физики. Учебное пособие// С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 1000 экз.

3 .Трофимова Т.И. Физика в таблицах.. М.: «Высшая школа». 2008г

Термодинамикой называется раздел физики, которой устанавливает связь между теплотой и др. формами энергии при различных физических и химических процессах.

Термодинамика базируется на двух фундаментальных законах и называемых началами термодинамики. Термодинамической системой тел или просто системой называется совокупность тел (напр. Система-газ, заключенный в цилиндр под поршень). Система называется Замкнутой, если она обменивается с внешней средой только энергией (космонавт в кабине косм.корабля). Открытая система обменивается с внешней средой энергией и веществом (живой организм). Изолированная, если она не взаимодействует с окружающей средой, т.к. не обменивается с ней ни веществом, ни энергией.

Эти величины характеризующие состояние системы называются параметрами состояния. Параметры изменяются при переходе системы из одного состояния в другое. Если в результате какого-либо процесса параметры стали прежними, то говорят, что система вернулась в исходное состояние. Переход системы из одного состояния в другое обусловлен процессами, происходящими внутри данной системы или в результате внешних воздействий на систему.

Термодинамическое состояние определяется совокупностью всех параметров. Не всегда какой-либо параметр имеет определенное значение. Если, например, температура в различных точках тела неодинакова, то телу нельзя приписать определенное значение температуры. В этом случае состояние называется неравновесным. Классическая термодинамика рассматривает преимущественно изолированные и замкнутые системыИзолированная система, находится в неравновесном состоянии, самопроизвольно переходит в равновесное. Время перехода называется временем релаксации.

Переход системы из одного состояния (P₁V₁T₁) в другое (P₂V₂T₂), происходящий через ряд промежуточных состояний называется термодинамическим процессом. (Рис.34).

P 1

P1V2

P1V1 2

P2V2

V

Рисунок 34

В каждом из состояний 1, 2 и I значение T и P должны быть одинаковыми, т.е. в каждом из этих состояний система должна находиться в термодинамическом равновесии. Поэтому процессы должны протекать медленно (бесконечно медленно).

Процесс, состоящий из последовательного ряда равновесных состояний, называется равновесным или квазистатическим. При достаточно медленном протекании реальные процессы могут приближаться к равновесному сколь угодно близко.

Пусть в результате процесса в изолированной системе тело переходит из состояния 1. в состояние 2. и затем возвращается в начальное состояние 1.Процесс называется обратимым, если возможно осуществить обратный переход из 2. в 1. через те же промежуточные равновесные состояния так, чтобы не осталось ни каких изменений в окружающей среде. К такому процессу можно отнести медленно протекающие процессы сжатия, расширения, нагревания и охлаждения газа.

Необратимым называется процесс, когда осуществляется переход и хотя бы одного из состояний не является равновесным и процесс нельзя провести в обратном направлении через те же промежуточные состояния. К таким процессам относятся быстро протекающие процессы сжатия, расширения, нагревания и охлаждения газа. Необратимые процессы: расширение газа в пустоту, диффузия и т.д.

Любой процесс сопровождающий трением, является необратимым. Таким образом все реальные процессы являются необратимыми.

Любая термодинамическая система обладает внутренней энергией (U). И в каждом определенном состоянии система обладает вполне определенным значением внутренней энергии т. О. внутренняя энергия является функцией состояния системы. Изменение внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое всегда равно разности значений внутренней энергии в этих состояниях, и не зависит от пути, по которому совершался переход.

Изменение внутренней энергии может происходить при двух процессах:

1. Система совершает работу A против действующих на нее внешних сил и внутренняя энергия уменьшается или внешние силы совершают работу,изменяя расположение частей системы, внутренняя энергия увеличивается.

2.Система получает извне или отдает окружающей среде некоторое количество тепла Q.

Рисунок 35

Условимся считать кол-во теплоты положительным, когда оно подводится к системе, а работу положительной, когда она совершается против внешних сил.

«Количество внутренней энергии, передаваемой между полями при теплообмене называется количеством теплоты».

Рассмотрим систему: газ заключенный в цилиндр под поршнем. (Рис.35).

Система обладает внутренней энергией U₁. Подведем некоторое количество теплоты Q. Система перейдет в другое состояние, а внутренняя энергия изменится до U_2. При этом газ, расширяясь совершит работу A против внешних сил.

В соответствии с законом сохранения энергии изменения внутренней энергии будет U=U₂-U₁. и равно разности между количеством теплоты Q и совершенной работой A: U=Q-A или Q= U+A

Томсона и Клаузиуса, 1850г. Это первое начало термодинамики. Оно устанавливает количественные соотношения при превращении теплоты в механическую работу.(Q, U и A выражены одинаковых единицах)(джоуль).

«Количество теплоты, переданное системе, идет на увеличение ее внутренней энергии и на совершаемую системой работу против внешних сил»

Если система получает достаточно малое количество теплоты, то совершает малую работу и в системе происходит бесконечно малое изменение внутренней энергии, тогда 1-е начало термодинамики пишется в дифференциальной форме.

dQ = dU+dA

Если система термодинамики возвращается в исходное состояние то , A=Q.Тогда формулировку первому началу можно дать: «Вечный двигатель первого рода невозможен»

Дата добавления: 2014-01-04